[發(fā)明專利]一種固廢基催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111250163B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀治國;李夢珂;鐘慧;胡亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J31/32;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/38;C02F103/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發(fā)明公開了一種固廢基催化劑及其制備方法和應(yīng)用。將錳渣和秸稈混合球磨，即得固廢基催化劑。該固廢基催化劑能夠快速、高效活化過硫酸氫鉀復(fù)合鹽降解選礦廢水中COD，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該固廢基催化劑的制備充分利用了固體廢棄資源，達(dá)到了以廢治廢的目的，且制備過程簡單，原料成本低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固廢基催化劑，具體涉及一種利用錳渣和秸稈兩種固體廢棄物制備的固廢基催化劑，還涉及利用錳渣和秸稈兩種固體廢棄物通過球磨方法制備固廢基催化劑的方法，以及固廢基催化劑在活化過一硫酸鹽氧化降解選礦廢水中COD的應(yīng)用，屬于二次資源利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著我國工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種類型的工業(yè)廢水，選礦廢水是工業(yè)廢水的重要組成部分。我國有色金屬選礦主要采用浮選法，該法需水量較大(處理一噸原礦需水量4～7m³)，從節(jié)約水資源和生產(chǎn)成本的角度出發(fā)，工業(yè)上會(huì)循環(huán)利用這些廢水。然而，這類廢水中往往殘留各種類型的浮選試劑，如黃藥、黑藥、乙硫氮、酯-200和松油醇，從而導(dǎo)致水體中化學(xué)需氧量(COD)高。高COD廢水會(huì)嚴(yán)重破壞水體的生態(tài)系統(tǒng)，直接返回工業(yè)生產(chǎn)會(huì)帶來許多負(fù)面影響。因此，在回用這些選礦廢水之前，必須采用合適的方法降低廢水中的COD值。

降低廢水COD的常見方法有混凝-絮凝法、吸附法和化學(xué)氧化法。混凝-絮凝法設(shè)備簡單，處理效果好，但是需要不斷向廢水中投加藥劑，沉渣量大，且脫水困難；吸附法高效，操作簡單且吸附劑通常可回收利用，但是吸附法對水預(yù)處理要求高，操作較麻煩；化學(xué)氧化法反應(yīng)條件溫和且容易控制，操作方便，具有高選擇性。近年來，基于硫酸鹽自由基的高級氧化法被廣泛地應(yīng)用于水體中有機(jī)污染物的去除。通常，硫酸鹽自由基可以通過催化劑活化過硫酸鹽產(chǎn)生，目前已有的催化劑主要分為金屬基催化劑和碳基催化劑，其中金屬基催化劑包括MnO₂、CoFeO_2.5、Mn_1.8Fe_1.2O₄和MOFs等，而碳基催化劑包括碳納米管、石墨烯和氮化碳等。這些催化劑避免了均相催化如光、熱、臭氧等過高的能量輸入，且容易回收利用，催化效率高。但是往往制備成本高，時(shí)間長，因此限制了它們的大規(guī)模使用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決選礦廢水中COD高，降解困難，導(dǎo)致其難以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的問題，本發(fā)明的第一個(gè)目的是在于提供一種由錳渣和秸稈兩種固體廢棄資源制備的固廢基催化劑，其對過一硫酸鹽具有較好的催化活化作用，可以有效地催化活化過一硫酸鹽產(chǎn)生自由基高效去除選礦廢水中浮選藥劑，具有降解速率快，使用成本低等特點(diǎn)。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是在于提供一種原料易得，操作簡單的制備錳渣-秸稈固廢基催化劑的方法，錳渣中含有豐富的過渡金屬，而秸稈是一種碳資源。該方法充分利用錳渣和秸稈兩種廢棄資源，不但節(jié)約了成本，而且減少冶金渣大量堆存和焚燒秸稈帶來的環(huán)境污染問題，解決我國固體廢棄物堆存量大，難以利用的問題。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是在于提供一種固廢基催化劑的在催化過一硫酸鹽氧化降解選礦廢水中COD方面的應(yīng)用，不但能高效、快速地催化活化過一硫酸鹽產(chǎn)生自由基高效去除選礦廢水中浮選藥劑，而且使用成本低，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種固廢基催化劑的制備方法，該方法是將錳渣和秸稈混合球磨，即得。

本發(fā)明的固廢基催化劑制備過程采用球磨對錳渣和秸稈進(jìn)行處理，一方面可以使過渡金屬元素與碳互相混合和摻雜，過渡金屬元素與碳的連接結(jié)構(gòu)有利于電子從污染物(給電子體)向PMS(電子受體)的轉(zhuǎn)移，其中碳則可以作為電子轉(zhuǎn)移介質(zhì)；另一方面，在機(jī)械力的作用下顆粒產(chǎn)生劇烈的碰撞和研磨，顆粒尺寸不斷減小，新的表面缺陷(如晶格缺陷)不斷形成，顆粒表面結(jié)構(gòu)趨于無定形化，導(dǎo)致其相應(yīng)的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，例如表面能和導(dǎo)電性能都能得到顯著的提高；這些缺陷和表面化學(xué)性質(zhì)的改變能進(jìn)一步提高其催化性能，使其作為催化劑成為可能。